Ploffen of scheuren

Nooit eerder in de geschiedenis van het Nederlandse volk heeft dat volk zoveel luchtballonnen gekocht als in deze tijd. Wekelijks gaan er nu, meldt de tevreden luchtballonnenhandel, miljoenen ballonnen over de toonbank. Er zijn gespecialiseerde winkels verschenen die uitsluitend van de verkoop van luchtballonnen bestaan. Heliumgevulde luchtballonnen, wel te verstaan, lege ballonnen koopt men waarschijnlijk het beste bij Hema en V&D.

Vrijwel zonder uitzondering komen de moderne ballonnen uit de lage-lonen-landen waar ook de grondstof latex vandaan komt: Sri Lanka, Thailand, Indonesie, Maleisie en Mexico. Veel handwerk kent de fabricage overigens niet, in de gemiddelde ballonnenfabriek hangt boven een grote bak met latex een rek met duizenden min of meer vingervormige mallen die steeds tegelijk in de latex worden gedompeld, omhoog worden getrokken en aan de lucht mogen drogen. Perslucht schiet de verse ballonnen later van de (doorboorde) dompellichamen af.

Voor tien cent koopt men tegenwoordig een echte natuurrubberen ballon en veschaft men zich toegang tot een hoeveelheid proeven waar het verstand al snel bij stil staat.

Een jaar geleden is hier een van de intrigerendste besproken. Sluit men twee identieke maar tot verschillende diameter opgeblazen luchtballonnen met een pijpje op elkaar aan dan zal in de meeste gevallen de kleinste ballon leeglopen in de grootste: in strijd met de intuitie is de overdruk in kleine ballonnen meestal groter dan die in grote. Een acceptabele verklaring is destijds niet gegeven. Wie daarin nog geinteresseerd is kan hem vinden in Scientific American die het fenomeen in december 1989 (kwalitatief) behandelde. Dr. A.T.A.M. de Waele van de Eindhovense vakgroep vaste stof stuurde een elegante wiskundige verklaring die, hoewel au fond eenvoudig, hier niet is te reproduceren. Blaast men een ballon op dan stijgt daarin de druk tot de diameter ongeveer met 40 procent van de beginwaarde is gegroeid. Daarna daalt-ie weer, was de uitkomst.

Van belang is dat geen andere latexeigenschap verantwoordelijk is voor het effect dan het gegeven dat het materiaal vergaand is op te rekken zonder dat het volume verandert. Het bijzondere van een latexballon is dat de wanddikte tijdens het zwellen van de ballon extreem snel afneemt.

De lage elasticiteitsmodulus van latex (een maat voor de trekkracht waarmee een bepaalde rek is op te wekken) zorgt ervoor dat de verschijnselen zich voordoen bij drukken die met mond en longen zijn te produceren. Met longkracht wekt men maximaal een overdruk op van 0,1 atmosfeer. In een gewone ballon zal niet gauw een overdruk van meer 0,075 atmosfeer worden aangebracht, meent het AW-team na uitputtend blazen in een slang met water.

Nieuwe ballonwaarnemingen zijn aangereikt door een zekere Willem Wever die laatst in een kinder-tv-programma liet zien hoe je met een speld in een goed gevulde ballon kunt prikken zonder dat daarop de bekende explosie volgt: eerst een stukje plakband over de prikplaats plakken. Het succes van het proefje, dat overigens erg van de kleefkracht van het plakband afhangt, ligt nogal voor de hand, maar al prikkend komt men tot het besef dat zich bij het knappen van ballonnen veel verschijnselen voordoen die niet zomaar vanzelf spreken. Op zichzelf is het al een klein wonder dat een drukverschil van nog geen 75 centimeter waterdruk zo'n klap kan geven dat de oren er nog uren van suizen. Men moet er wel uit afleiden dat de scheur die vanuit de speldeprik in twee richtingen door de latex trekt een extreem hoge loopsnelheid heeft. De ballonexplosie zelf was dan ook niet makkelijk te fotograferen.

Interessant is dat de scheur in het begin altijd precies in de lengterichting van de ballon (de lijn van tuit naar top) loopt en pas later een grilliger koers kiest. Wie de omgeving van de beoogde prikplek vooraf met viltstift of ballpoint markeert bevestigt de waarneming zonder mankeren. Met de verklaring zit het wat moeilijker. Men kan aanvoeren dat zelfs bolvormig bedoelde ballonnen in de praktijk min of meer langwerpig zijn en dat bij echt langwerpige, worstvormige ballonnen de materiaalspanning in de lengterichting altijd kleiner is dan die langs de omtrek. Saucijsjes die onder verhitting openbarsten krijgen ook steevast lengtescheuren. De Waele zoekt het eenvoudigweg in de 'anisotropie' van de latexmembraan: het vlies is - door de wijze waarop het is geproduceerd - niet in alle richtingen even scheurvast. De Waele knipte identieke vierkantjes uit een aantal ballonnen en stelde vast dat scheuren zich vanuit de verschillende zijden met verschillend gemak voortplantten. Van AW-zijde kon dat niet een-twee-drie worden bevestigd.

Veel aangeprikte ballonnen vallen in drie stukken uiteen. Het bolvormige gedeelte splijt in twee ongelijke delen, het tuitje valt er apart af. Nooit dringt een scheur de hals van het tuitje binnen terwijl het materiaal daar toch niet opvallend dikker is. Althans: niet zolang de ballon niet wordt opgeblazen. Op den duur ontstaat wel een belangrijk dikteverschil omdat zich in de tuit lang niet zo'n grote spanning ontwikkelt als verderop in de ballon. In de omgeving van de tuit kan men - geloof het of niet - straffeloos met een speld door de latex steken zonder dat een explosie volgt. De klassieke elasticiteitsleer heeft geen moeite met de verklaring.

Geworsteld is er deze week met de vraag hoe het komt dat een ballon die men laat springen door hem te overvullen (dus zonder speld) ontploft als een fragmentatiebom en soms wel in tientallen langwerpige latexflinters uiteenspat. TNO's Prins Maurits Laboratorium, vertrouwd met explosies en explosieven, ziet het als een aanwijzing voor de grote homogeniteit van de goedkope ballonnetjes. Kennelijk wordt op veel plaatsen tegelijk de bezwijkspanning van de latexmembraan bereikt, zegt een TNO-onderzoeker.